Введение к работе
Состав почвенного поглощающего комплекса (ППК) является одной из главных почвенно-химических характеристик, а обмен катионов относится к числу важнейших почвенно-химических процессов, определяющих генезис почв, их плодородие и возможности мелиорации.
Установившееся в процессе развития ландшафтов равновесие обменных катионов в ППК характеризует почвы по степени выраженности процессов осолонцевания – рассолонцевания, дает представление об истории изменений данных ландшафтов, позволяет прогнозировать ход дальнейшей эволюции почвенного покрова.
Солонцы и солонцеватые почвы содержат в поглощающем коллоидальном комплексе обменный катион натрия (более 3—5% от емкости обмена), что обусловливает неблагоприятные для развития растений физические, химические и водно-физические свойства почв. Соотношение обменных катионов в ППК определяет такие важнейшие свойства почв как водо- и воздухопроницаемость, сложение, порозность, состояние почвенных коллоидов, структуру почвы. Кроме того, обменные катионы сами по себе являются резервом, доступным для растений и при этом не так легко вымываемым из почвы.
Солевой режим определяет протекающие в почвах процессы ионного обмена между подвижной фазой и ППК. В Астраханской области, к засоленным относятся почвы, содержащие в каком-либо горизонте более 0,25% водорастворимых солей от общего веса сухого грунта (Плюснин, 1938). При таком критерии отнесении почв к засоленным родам в Волго-Ахтубинской пойме их около 17%, в дельте Волги - почти 50% (Пилипенко, Сальников, Перевалов, 2002). Это определяется комплексом абиотических факторов, среди которых климатические особенности региона и глобальные процессы, влияющие на уровень Каспийского моря.
Поэтому, для характеристики солевого режима и свойств почв недостаточно данных анализа водных вытяжек. Необходимо исследование обменных процессов.
Актуальность исследования. Засоление почв широко развито на территории дельтовых ландшафтов Астраханской области и достаточно хорошо изучено (Плюснин, 1938; Ковда, 1947; Владыченский, 1953; Евдокимова, 1958; Славный, 2003; Засоленные почвы…., 2006). В меньшей степени изучены обменные катионы в засоленных почвах, их зависимость от засоления почв. Солевой режим определяет протекающие в почвах процессы ионного обмена между подвижной фазой и почвенным поглотительным комплексом. В почвах аридных регионов среди обменных катионов преобладают Ca2+ , Mg2+ и Na+, соотношение которых в ППК определяется содержанием и составом легкорастворимых солей. В связи с двухэтапным зарегулированием стока Волги, обвалованием произошли резкие изменения гидрологического режима на значительных площадях (Бобков, 1963; Попов, 1964; Тюрденева, 1958, Аветян, 2002), особенно в окраинных районах дельты. Это привело к изменениям хода обменных процессов в засоленных почвах и соотношения обменных катионов в почвенном поглощающем комплексе, а значит и к изменению их важнейших агрофизических свойств, таких как структура, водопроницаемость, плотность. Для почв дельты Волги состав ППК и вопросы катионного обмена детально не исследовались.
Цель исследования - изучение состава почвенного поглощающего комплекса и закономерностей катионного обмена с участием Ca2+, Na+, Mg2+ и K+ в почвах района западных подстепных ильменей дельты р. Волги.
Задачи исследования:
систематизация и обобщение литературных данных по исследованию обменных процессов в почвах аридной зоны;
изучение состава обменных катионов в почвах ландшафтов бугров Бэра в зависимости от степени засоления почв;
изучение влияния гидрологического режима и особенностей мезорельефа на состав и динамику обменных катионов.
оценка экологической роли обменных катионов в формировании бугровых ландшафтов дельты Волги.
Научная новизна.
Впервые на массовом материале рассмотрено распределение обменных катионов в почвах ландшафтов бугров Бэра района западных подстепных ильменей.
Исследование особенностей распределения обменных катионов в почвах позволило выявить причины, способствующие осолонцеванию почв бугров Бэра, а именно мезорельеф, периодические колебания уровня грунтовых вод, наличие в почвообразующих породах бугров солей морского генезиса и глинистых частиц, способствующих интенсивному капиллярному передвижению почвенных растворов.
Впервые выявлены зоны осолонцевания почв ландшафтов бугров Бэра района западных подстепных ильменей (ЗПИ) и установлена корреляционная зависимость между содержанием ионов натрия в обменной форме и его содержанием в водной вытяжке.
Сопоставлен видовой состав доминантов в растительных сообществах с изменениями степени засоления и осолонцевания в исследуемых ландшафтах. Установлено, что смена доминирующих видов при изменении степени осолонцевания и засоления не может быть объяснена лишь действием названных ограничивающих факторов. Даже при резком изменении условий среды проявляется влияние конкуренции на распределение растительных сообществ. Доминирование вида в сообществах может объясняться спецификой его экологической ниши и морфологического строения.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Вершина и верхняя часть склона бугров Бэра постоянно подвергается действию процессов эрозии, дефляции и денудации и верхний, в разной степени рассоленный и рассолонцеванный материал под действием атмосферных осадков постепенно смещается вниз по склону, образуя зону отложений денудационно-дефляционного материала.
-
Современная зона максимального осолонцевания находится на уровне верхней границы капиллярной каймы.
-
Осолонцевание происходит в зоне испарения влаги, степень осолонцевания зависит от соотношения в почвенном растворе ионов натрия и растворенного кальция. Недостаток ионов натрия в почвенном растворе для вступления в ППК и вытеснения поглощенных ионов кальция и магния приводит к появлению максимума содержания обменного натрия в средней части профиля. При высоком содержании ионов натрия в почвенном растворе максимум содержания обменного натрия расположен в нижней части профиля исследуемых почв.
-
Факторами, определяющими формирование зон осолонцевания почв бугров Бэра района ЗПИ являются: наличие в толще бугра солей натрия, колебания уровня паводковых и грунтовых вод, мезорельеф. Эоловый и биологический факторы являются сопутствующими и не имеют определяющего значения в формировании солонцов и солонцеватых почв бугровых ландшафтов.
Практическая значимость:
Результаты исследований могут быть использованы при оценке почвенного покрова дельты Волги, проведения агротехнических и мелиоративных мероприятий.
Полученные результаты используются при чтении лекционных курсов по дисциплинам «Химия почв», «Почвы Астраханской области», «Агроэкологическая оценка почв» для студентов биологического и аграрного факультетов Астраханского государственного университета.
Проведенные исследования были поддержаны грантом РФФИ (проект 06-04-48297).
Апробация. Материалы диссертации доложены и обсуждены на международных и Российских научных конференциях: Российская студенческая научная конференция «Актуальные проблемы современной биологии» (Астрахань, 2005), VIII международная научная конференция «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» (Астрахань, 2005, 2006, 2007, 2008), Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносовские чтения» (Москва, 2005); Всероссийская научная конференция «Почвоведение и агрохимия в 21 веке», посвященной В.В. Докучаеву (Санкт-Петербург, 2006), Международная научно-практическая конференция «Проблемы ресурсосберегающего производства и переработки экологически чистой сельскохозяйственной продукции» (Астрахань, 2006), Всероссийская конференция молодых ученых «Экология в современном мире: взгляд научной молодежи» (Улан-Удэ, 2007), Международная научно-практическая конференция «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования», посвященная 75-летию Астраханского государственного университета (Астрахань, 2007); Международная научно-практическая конференция «Ноосферные изменения в почвенном покрове», посвященная 80-летнему юбилею Ивлева А.М. (Владивосток, 2007), Международная научно-практическая конференция «Развитие агропромышленного комплекса: перспективы, проблемы и пути решения» (Астрахань, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 4 работы в изданиях, входящим в перечень научных и научно-технических изданий, утвержденных ВАК России и рекомендуемых для публикации основных научных результатов кандидатских диссертаций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 140 страницах, включая 2 таблицы и 21 рисунок. Состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы. Список литературы включает 182 источника, из них 29 на иностранных языках.
Автор выражает глубокую благодарность всем участникам совместной экспедиции кафедры почвоведения, кафедры экологии и биологии растений Астраханского государственного университета и кафедры физики и мелиорации почв Московского государственного университета им. Ломоносова за неоценимую помощь в получении экспериментальных данных. Особую признательность автор выражает д.б.н., профессору В.Н. Пилипенко, д.б.н. А.В. Федотовой, и к.с/х.н. С.Н. Перевалову за неоценимую помощь, замечания и пожелания при работе над диссертацией.
